Глобальное потепление диктует новые подходы в растениеводстве — ученые
Два растительных фактора, которые ускоряют рост, когда растения находятся в тени и одновременно подвергаются воздействию высоких температур, обнаружили ученые из Института Солка, США, в содружестве с коллегами из других стран, сообщает 29 августа сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу института.
Проведенное исследование установило, что триггерами, включающими механизм ускорения роста растения, являются действующие одновременно белок PIF7 и гормон роста ауксин. Полученные данные могут быть использованы для разработки растений, более устойчивых к изменению климата.
Всем известно, что растения удлиняют и изгибают свой стебель, чтобы обеспечить доступ к солнечному свету. Тем не менее ученым не был до конца ясен механизм этого явления. В статье «PIF7 является основным регулятором термоморфогенеза в тени», опубликованной в журнале Nature Communications, команда исследователей представила новые данные, проливающие свет на эту способность растений.
В статье ученые отмечают, что в процессе эволюции растения разработали механизм, который с уникальной гибкостью регулирует их рост в ответ на изменения окружающей среды.
Сразу после прорастания они быстро удлиняют зародышевый стебель, называемый гипокотилем, чтобы можно быстрее выйти из почвы на свет. Как только они чувствуют свет, скорость удлинения гипокотиля снижается, приводя к стабильному росту стебля, обеспечивающему поддержку зрелого растения.
Однако растения могут снова увеличить скорость удлинения гипокотиля, чтобы превзойти по росту своих соседей. Этот процесс, называемый реакцией избегания тени, обеспечивается чувствительностью растений к соотношению красного и дальнего красного (R/FR) света из-за отражения FR света от соседних растений.
Кроме того, гипокотиль также удлиняется в ответ на повышение температуры окружающей среды, что называется термоморфогенезом.
При этом чрезмерный рост стеблей приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Руководитель исследования, директор лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка и Ховарда, исследователь Медицинского института Хьюза профессор Джоанн Чори рассказала:
«Прямо сейчас мы выращиваем сельскохозяйственные культуры с определенной плотностью, но наши результаты показывают, что нам нужно будет снизить эту плотность, чтобы оптимизировать рост по мере изменения нашего климата. Понимание молекулярной основы того, как растения реагируют на свет и температуру, позволит нам точно настроить плотность посевов таким образом, чтобы получить наилучшие урожаи».
В проведенном исследовании ученые сравнили растения, растущие в тени и одновременно при теплых температурах, то есть в условиях, имитирующих высокую плотность посевов и потепление климата.
Для испытаний были выбраны модельное растение Arabidopsis thaliana — сорное растение из семейства капустных, а также томат и близкий родственник табака.
Для всех трех видов было установлено, что растения вырастали чрезвычайно высокими, когда одновременно пытались избежать тени, создаваемой соседними растениями, и подвергались воздействию более высоких температур.
Исследование на молекулярном уровне показало, что доминирующим фактором, способствующим ускорению быстрого роста, был белок PIF7 — фактор транскрипции, который помогает «включать» и «выключать» гены.
Также ученые обнаружили, что одновременно в таких условиях происходил рост уровня ауксина — гормона роста. Именно синергия PIF7 — ауксин позволил растениям реагировать на окружающую среду и адаптироваться в поисках наилучших условий для роста.
При воздействии только высоких температур родственный фактор транскрипции, PIF4, также стимулировал удлинение стебля. Но при сочетании тени и повышенных температур этот фактор уже не играл важной роли.
Первый автор статьи, научный сотрудник Солка и доцент Организации сельскохозяйственных исследований в Институте вулканов в Израиле Йогев Бурко сообщил:
«Мы были удивлены, обнаружив, что PIF4 не играет важной роли, потому что предыдущие исследования показали важность этого фактора в ситуациях повышенного роста. Тот факт, что PIF7 является доминирующей движущей силой роста этого растения, стал настоящим сюрпризом».
Ученые предполагают, что во время термоморфогенеза должен быть активен какой-то еще один фактор, который повышает эффективность ауксина в стимулировании удлинения гипокотилей. Результаты показывают, что этот фактор работает параллельно, и исследователи надеются изучить этот неизвестный фактор в будущих работах.
«Мы определили ключевые факторы, которые регулируют рост растений при теплых температурах, что поможет нам выращивать более продуктивные культуры, чтобы прокормить будущие поколения», — заявляют исследователи по итогам выполненной работы.
